图 1-1 光伏发电应用分类
我们也可以预见在不远的将来,光伏发电将在世界能源消费结构中占有越来越多的份额,成为重要的代替能源。
1.2 课题国内外研究现状
2 光伏电池
光伏电池的工作原理是基于半导体PN结光伏效应(简称光伏效应)的基础上的能量转换,使太阳辐射能直接转换成电能。所谓的光伏效应是指有些特殊的材料被光照射之后,会影响其内部电荷分布引起材料的电位和电流的变化。论文网
图2-1 光生伏特效应原理图
若把P型和N型半导体相接,两种半导体中电子和空穴浓度的差别将导致电子和空穴的扩散,这样在交界面处就形成了一个PN结,并在PN结的两边形成一个从N区指向P区的内电场。如图2-1所示,当太阳光照射在PN结上时,电子吸收光能并向N型区流动,空穴则向P型区流动,从而使得N型区呈负电,P型区呈正电,结果在PN结两端就产生了电动势。如果用导线将P型和N型半导体连接就能够在外部回路中产生电流,并且产生的短路电流的大小与光照度成正比。
目前,光伏发电系统广泛使用硅光伏电池作为其光电转换器件,硅光伏电池的生产工艺技术成熟,并已进入大规模产业化生产,具有非常大的商业价值。
2.1 光伏电池的数学模型
通过对光伏电池工作原理的简单了解和认识,不难发现光伏电池就相当于一个大的二极管,其等效电路如图2-2所示。
图2-2 光伏电池等效电路图
图中, 伏电池中由光能激发的电流,它取决于光照度、温度等因素; 为二极管电流,它的方向刚好与 ; 为旁漏电阻,是由电池不清洁或电池内部缺陷造成的; 为串联电阻; 为负载电阻,光伏电池的负载电流(输出电流)是 ,负载电压(输出电压)是 。
由图2-2得:
(2-1)
一般来说,光伏电池的串联电阻 很小,而并联电阻 很大。由于 一般为数千欧姆且并联在电路中,故在进行理想电路计算时可以不考虑,则理想的光伏电池特性为:
(2-2)
则有:
(2-3)
虽然式(2-2)和式(2-3)未考虑 的影响导致与真实的光伏电池之间产生了小的偏差,但它们在本质上仍可以表达日照强度和环境温度对光伏电池的影响。
由式(2-2)可知,在外电路短路试验即负载短接时文献综述, 。
当 时, ,则由式(2-3)可算得开路电压为
(2-4)
上述所有等式中的参数将由表2-1中集中给出,以供参考。
表2-1 光伏电池等效电路参数表
参数名 描述 类型
光伏电池输出电流 变量
光伏电池输出电压 变量
光伏电池反向饱和电流 变量
T 光伏电池温度 变量
k 玻耳兹曼常量 常量 1.38×10-23J/K
光生电流 变量
q